大學物理學-位移電流與麥克斯韋方程組

11.2位移電流與麥克斯韋方程組1、電磁場實驗規(guī)律的總結電場中的高斯定律磁場中的高斯定律法拉第電磁感應定律安培環(huán)路定律第一種不對稱是兩個高斯定律：麥克斯韋發(fā)現(xiàn)有兩種不對稱：成立條件：自然界不存在磁單極。一、位移電流尋找磁單極（磁荷）

近代對磁單極的討論始于1931年狄拉克的一篇文章。狄拉克指出：磁單極的存在與電動力學不矛盾，而且由此可以導出電荷的量子化。電和磁不對稱

有一種大爆炸理論指出：在宇宙大爆炸后的10-35秒內，宇宙的溫度為1030K，此時可以產生能量極高的磁單極。但是由于大爆炸引起的膨脹，使宇宙物質的溫度很快下降。這樣，極性相反的磁單極就易于發(fā)生湮滅，使得宇宙中幸存的磁單極廖廖無幾。幾十年來，不少人千方百計地捕捉磁單極。N1975年夏，美國加利福尼亞大學和休斯頓大學的一個聯(lián)合科研小組聲稱發(fā)現(xiàn)了磁單極的痕跡。1982年2月14日下午1時53分，Cabrera（卡勃萊拉）他的儀器測到磁通量突然增高。經過反復研究，卡勃萊拉認為這是磁單極進入鈮線圈引起的變化。到1982年3月11日為止，這個實驗共做了151天。在這151天內就只發(fā)生了這個事例，以后雖經擴大線圈面積再也沒有發(fā)現(xiàn)第二個事例。當然要肯定這一結果，還必須能夠重復做出這個實驗。超導鈮線圈

超導鉛箔圓筒屏蔽帶電粒子引起的磁通改變。直徑5cm鉛箔圓筒+N-S

如果能找到磁單極的話，電荷的量子化就能得到很好的解釋，現(xiàn)在的物理學也會有一個較大的變化，電磁場理論和量子電動力學需要做必要的修改，對宇宙的認識也會更深入一步。電荷電場線磁荷磁場線（假想圖）R第二種不對稱是兩個環(huán)流定理：

沒有磁荷，所以沒有磁流；可以存在變化的電場？？

2、位移電流與全電流1）位移電流：電流在電容器處不連續(xù)，環(huán)路定理出現(xiàn)矛盾：

電和磁不對稱如果電場與電流等效，可解決上述矛盾，注意電路中電流i與極板間電位移矢量的關系：R又因電位移矢量的大?。蝴溈怂鬼f提出了一個大膽的假設：如果把極板間變化的電場看成電流，那么電路中的傳導電流，借助于極板中變化的電場這種電流可以連續(xù)，為此他定義位移電流：電流強度：電流密度：2）全電流：因此，全電流的安培環(huán)路定律為：通過某一截面的傳導電流和位移電流之代數(shù)和稱作為通過該截面的全電流，即

討論：

（1）對稱關系無磁流，有變化的磁場有電流，有變化的電場（2）渦旋磁場位移電流（變化的電場）和傳導電流一樣，可在其周圍空間激發(fā)起渦旋磁場，這一點已在實驗中得到了證實。

變化的電場激發(fā)渦旋磁場變化的磁場激發(fā)渦旋電場右手螺旋法則左手螺旋法則

Maxwell方程的核心思想：

一個變化的電場將激發(fā)一個磁場。一個變化的磁場將激發(fā)一個電場，它們相互激發(fā)，相互依存，組成統(tǒng)一的電磁場。介電常數(shù)磁導率電導率描述介質性質的方程：

二、麥克斯韋方程組Maxwell方程的科學價值1）它完整地反映和概括了電磁場的運動規(guī)律，能推斷和解釋一切電磁現(xiàn)象，且邏輯體系嚴密數(shù)學形式簡潔。2）它預言了光的電磁本性，將光學和電磁學統(tǒng)一起來。3）電磁場是最簡單的規(guī)范場，蘊藏著完美的對稱結構--時空對稱、電磁對稱--為相對論的產生提供了鄒形。4）它在技術上的應用促進了電子技術和生產力的高度發(fā)展，可以說近代一切電報、無線電、雷達、電視、電子計算機等……都只不過是麥克斯韋方程的應用而已.1、隨時間變化的電場產生渦旋磁場，隨時間變化的磁場產生渦旋電場，并形成統(tǒng)一的電磁場。2、若變化的電場在其周圍空間激發(fā)起變化的渦旋磁場，則變化的磁場又在其周圍空間激發(fā)起變化的渦旋電場，電與磁的相互轉化重復下去，并由近及遠地傳播開去，這就是電磁波。靜電場，穩(wěn)恒電場，穩(wěn)恒磁場只是電磁場的特殊情況。3、電磁波在真空中的傳播速度等于光在真空中的傳播速度，可見光波就是電磁波。在真空中與實驗吻合

赫茲在1887年用實驗首先證實了電磁波的存在三、電磁場與電磁波4、電磁波的性質：1）電磁波是橫波，它的傳播不需要介質；2）介質中速度，真空中；3）空間任一點E和H大小有關系：；4）電磁波能產生反射和折射、干涉、衍射、偏振；5）電磁波的傳播總伴隨電磁能的傳播。5、電磁波譜電磁場：長波長、低頻率電磁輻射：短波長、高頻率無線電波微波紅外線可見光紫外線X射線r射線FREQUENCY

電磁波按波長或頻率的順序排列成譜，稱為電磁波譜。電磁輻射對人體的危害原理：熱效應非熱效應累積效應人體中極性分子受到電磁波輻射后相互碰撞摩擦，引起機體升溫，從而影響體內器官的正常工作。人體器官和組織都存在微弱、穩(wěn)定、有序的電磁場，受到外界電磁場的干擾后，即將遭到破壞，人體也會遭受損傷。肌體反復受到電磁波輻射，傷害程度發(fā)生累積，久之會成為永久性病態(tài)。長期接觸電磁波輻射的群體，即使功率很小，頻率很低，也可會誘發(fā)病變。6、電磁輻射危害與防護電磁輻射能否對人體造成傷害取決于三個因素：輻射時間長短電磁輻射強度大小人體和輻射源的距離2001年8月，中國消費者協(xié)會發(fā)布第9號消費警示：日常生活需防電磁輻射！專家提示：電磁輻射超過2mGs（毫高斯）便可危害人體健康。電器強度電器強度電器強度吸塵器200無繩電話200手機200電須刀100電熱毯100微波爐200傳真機40復印機40電腦100電飯鍋40電熨斗30吹風機70電冰箱20音箱20洗衣機30VCD10空調20電視機20備注：單位mGs（毫高斯）輻射最強！例如圖，平板電容器（忽略邊緣效應）充電時，沿環(huán)路L1、L2磁場強度H的環(huán)流中，必有：

答：選（C）

例半徑為R的兩塊圓板，構成平行板電容器放